Imagine que en lugar de encender una lámpara cuando oscurece, podría leer a la luz de una planta brillante en su escritorio.
Los ingenieros del MIT han dado un primer paso crítico para hacer realidad esa visión. Al incorporar nanopartículas especializadas en las hojas de una planta de berros, indujeron a las plantas a emitir luz tenue durante casi cuatro horas. Creen que, con una mayor optimización, tales plantas algún día serán lo suficientemente brillantes como para iluminar un espacio de trabajo.
"La visión es hacer una planta que funcione como una lámpara de escritorio, una lámpara que no tiene que enchufar. La luz se alimenta en última instancia del metabolismo energético de la planta misma", dice Michael Strano,el profesor de Ingeniería Química Carbon P. Dubbs en el MIT y el autor principal del estudio
Los investigadores dicen que esta tecnología también podría usarse para proporcionar iluminación interior de baja intensidad o para transformar árboles en farolas autoalimentadas.
MIT postdoc Seon-Yeong Kwak es el autor principal del estudio, que aparece en la revista Nano letras .
plantas nanobiónicas
Plant nanobionics, una nueva área de investigación iniciada por el laboratorio de Strano, tiene como objetivo dar a las plantas características novedosas al incorporarlas con diferentes tipos de nanopartículas. El objetivo del grupo es diseñar plantas para que se hagan cargo de muchas de las funciones que ahora realizan los dispositivos eléctricos.Los investigadores han diseñado previamente plantas que pueden detectar explosivos y comunicar esa información a un teléfono inteligente, así como plantas que pueden monitorear las condiciones de sequía.
La iluminación, que representa aproximadamente el 20 por ciento del consumo mundial de energía, parecía un próximo objetivo lógico. "Las plantas pueden repararse por sí mismas, tienen su propia energía y ya están adaptadas al ambiente exterior", dice Strano ".Creemos que esta es una idea cuyo momento ha llegado. Es un problema perfecto para la nanobiónica de las plantas ".
Para crear sus plantas brillantes, el equipo del MIT recurrió a la luciferasa, la enzima que da brillo a las luciérnagas. La luciferasa actúa sobre una molécula llamada luciferina, haciendo que emita luz. Otra molécula llamada coenzima A ayuda al proceso al eliminarlaun subproducto de reacción que puede inhibir la actividad de la luciferasa.
El equipo del MIT empaquetó cada uno de estos tres componentes en un tipo diferente de soporte de nanopartículas. Las nanopartículas, que están hechas de materiales que la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. Clasifica como "generalmente consideradas como seguras", ayudan a cada componente a llegar alparte derecha de la planta. También evitan que los componentes alcancen concentraciones que podrían ser tóxicas para las plantas.
Los investigadores usaron nanopartículas de sílice de aproximadamente 10 nanómetros de diámetro para transportar luciferasa, y usaron partículas ligeramente más grandes de los polímeros PLGA y quitosano para transportar luciferina y coenzima A, respectivamente. Para llevar las partículas a las hojas de las plantas, los investigadores primero suspendieron elpartículas en una solución. Las plantas se sumergieron en la solución y luego se expusieron a alta presión, permitiendo que las partículas ingresen a las hojas a través de pequeños poros llamados estomas.
Las partículas que liberan luciferina y coenzima A fueron diseñadas para acumularse en el espacio extracelular del mesófilo, una capa interna de la hoja, mientras que las partículas más pequeñas que llevan luciferasa ingresan a las células que forman el mesófilo. Las partículas de PLGA liberan gradualmente luciferina, queluego ingresa a las células vegetales, donde la luciferasa realiza la reacción química que hace que la luciferina brille.
Los primeros esfuerzos de los investigadores al comienzo del proyecto arrojaron plantas que podrían brillar durante aproximadamente 45 minutos, que desde entonces han mejorado a 3,5 horas. La luz generada por una plántula de berro de 10 centímetros es actualmente aproximadamente una milésima parte decantidad necesaria para leer, pero los investigadores creen que pueden aumentar la luz emitida, así como la duración de la luz, optimizando aún más la concentración y las tasas de liberación de los componentes.
transformación de la planta
Los esfuerzos anteriores para crear plantas emisoras de luz se han basado en plantas genéticamente modificadas para expresar el gen de la luciferasa, pero este es un proceso laborioso que produce luz extremadamente tenue. Esos estudios se realizaron en plantas de tabaco y Arabidopsis thaliana, que se usan comúnmentepara estudios genéticos de plantas. Sin embargo, el método desarrollado por el laboratorio de Strano podría usarse en cualquier tipo de planta. Hasta ahora, lo han demostrado con rúcula, col rizada y espinacas, además de berros.
Para futuras versiones de esta tecnología, los investigadores esperan desarrollar una forma de pintar o rociar las nanopartículas en las hojas de las plantas, lo que podría hacer posible transformar árboles y otras plantas grandes en fuentes de luz.
"Nuestro objetivo es realizar un tratamiento cuando la planta es una planta de semillero o una planta madura, y hacer que dure toda la vida de la planta", dice Strano. "Nuestro trabajo abre muy seriamente la puerta a las farolas que no son nadapero los árboles tratados y la iluminación indirecta alrededor de las casas "
Los investigadores también han demostrado que pueden apagar la luz agregando nanopartículas que llevan un inhibidor de la luciferasa. Esto podría permitirles crear plantas que apaguen su emisión de luz en respuesta a condiciones ambientales como la luz solar, dicen los investigadores.
La investigación fue financiada por el Departamento de Energía de EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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